气门控制调节机构、调节方法及发动机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种气门控制调节机构、调节方法及发动机，包括活塞气缸组件，阵列分布在主轴的圆周方向上；气门控制装置，与所述主轴连接，所述气门控制装置包括通过转动副连接的气门控制飞轮和飞轮安装座；位于所述气门控制飞轮的上端面圆周方向设置有多个凸起，所述凸起与活塞气缸组件中气门组件的抵接；本方案中主轴驱动所述气门控制飞轮旋转，通过凸起实现对气门组件开闭控制。实现了对气门组件开闭的同轴控制，使气门升程和开闭时机的调节变得非常方便，可以根据发动机工作状态实时调节气门升程和开闭时机，提升进排气效率。
【专利说明】
气门控制调节机构、调节方法及发动机
技术领域
[0001]本发明涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种气门控制调节机构、该调节机构的调节方法及应用上述调节结构的发动机。
【背景技术】
[0002]目前凸轮轴式气门控制系统是绝大部分活塞发动机必不可少的部分，气门控制系统控制气门与气缸组件的配合，气门的升程及开闭时机等重要参数对发动机性能都有非常大的影响。传统的凸轮轴气门控制系统具有以下缺点:
[0003]—、传统凸轮轴气门控制系统体积庞大结构复杂，由于气缸排列形式及曲轴结构限制，传统配气系统与曲轴不同轴，必须通过复杂的同步传动机构才可以驱动配气系统，使配气系统变得复杂，结构不紧凑。
[0004]二、传统凸轮轴气门控制系统控制凸轮集成在凸轮轴上，一个排气缸对应一根凸轮轴，气缸数目较多时需要多排气缸，就需要多组凸轮轴及其驱动系统，结构庞大。
[0005]三、传统凸轮轴气门控制系统，气门升程由凸轮尺寸决定，气门开闭时机由同步带传动决定。实现气门升程和气门开闭时机的动态调节相当困难，而气门升程和开闭时机对发动机进排气效率却有较大的影响。
[0006]综上，传统的凸轮轴式气门控制系统需要解决的技术问题如下:
[0007]1、简化气门控制机构的传动机构，尽量实现同轴传动，使气门控制机构更加紧凑。
[0008]2、减少气门控制机构的数量，并尽量满足多缸气门控制需求。
[0009]3、降低气门升程及气门开闭时机调节的难度，使气门升程和开闭时机能够根据发动机工况动态调节。
【发明内容】
[0010]本发明基于上述技术问题提供了一种气门控制调节机构、该调节机构的调节方法及应用上述调节结构的发动机，以解决现有技术中存在的技术问题。
[0011 ]本发明公开的一种气门控制调节机构，包括:
[0012]活塞气缸组件，阵列分布在主轴的圆周方向上；
[0013]气门控制装置，与所述主轴连接，所述气门控制装置包括通过转动副连接的气门控制飞轮和飞轮安装座；
[0014]位于所述气门控制飞轮的上端面圆周方向设置有多个凸起，所述凸起与活塞气缸组件中的气门组件抵接；
[0015]所述主轴驱动所述气门控制飞轮旋转，通过凸起实现对气门组件开闭控制。
[0016]进一步的，所述主轴通过行星齿轮系驱动所述气门控制飞轮旋转。
[0017]进一步的，所述气门组件包括进气门、排气门和弹簧，所述进气门和排气门与机匣之间分别安装所述弹簧，用于保持进气门和排气门在非控制状态下处于常闭状态。
[0018]进一步的，所述多个凸起间隔设置在所述气门控制飞轮的上端面，所述凸起与各个活塞气缸组件中的气门组件的位置配合设置，形成两圈环形控制轨道，以控制气门组件的开闭。
[0019]进一步的，所述飞轮安装座为筒形，其内壁与气门控制飞轮通过螺旋副连接，所述飞轮安装座的外壁设置螺纹。
[0020]进一步的，还包括气门调节装置，其与气门控制装置连接，所述气门调节装置用于调节气门控制装置升降，以调节气门组件的升程和开闭时机。
[0021]进一步的，所述气门调节装置包括气门调节驱动电机和飞轮安装座调节齿轮；
[0022]所述气门调节驱动电机驱动飞轮安装座调节齿轮旋转，所述飞轮安装座调节齿轮通过螺旋副与飞轮安装座外壁的螺纹连接，以调节飞轮安装座的升降。
[0023]进一步的，所述活塞气缸组件数量为奇数个。
[0024]—种根据上述的气门控制调节机构的调节方法，该调节方法包括如下步骤:
[0025]步骤a，对于同一气缸，所述排气门开启后，所述主轴旋转180度时，所述气门控制装置驱动所述进气门开启，同时所述气门控制装置驱动所述排气门关闭；
[0026]步骤b，所述主轴再次旋转180度时，所述气门控制装置驱动所述进气门关闭，所述排气门保持关闭状态；
[0027]步骤c，所述主轴再次旋转360度时，所述气门控制装置驱动所述排气门开启，进入下一个循环；以使主轴每转动720度/气缸总数的角度后，气门组件相隔一个渐次工作。
[0028]进一步，所述主轴与所述气门控制飞轮的传动比=气缸总数+1;
[0029]每条控制轨道上凸起的数量=(气缸总数+1)/2，每个所述凸起所占的角度=180度/(气缸数+1)，以第一个凸起为起点，则后一个凸起与前一个凸起相距角度= 720度/(气缸数+1)。
[0030]—种发动机，包括机体、主轴以及上述的气门控制调节机构。
[0031]本发明的气门控制调节机构，通过气门控制飞轮，实现对气门组件开闭的同轴控制，并通过合理的凸起布局，配合主轴及气缸活塞位置，实现所有气缸做功冲程在主轴旋转周期中均匀分布，在整个空间布局中更为紧凑。
[0032]本发明的气门控制调节机构的调节方法，合理地设置凸起及活塞的数量以及主轴与气门控制飞轮的传动比，利用主轴和各个气门组件设定的角度关系对各个气门的开闭时机进行调整，保障各气门组件相隔一个渐次工作。
[0033]本发明提供的发动机，采用气门控制调节机构，使气门升程和开闭时机的调节更为便利，只需根据发动机工作状态同步调节气门控制飞轮的升降就可以根据发动机工作状态实时调节气门升程和开闭时机，提升进排气效率。
【附图说明】
[0034]为了更清楚地说明本发明【具体实施方式】或现有技术中的技术方案，下面将对【具体实施方式】或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0035]图1为本发明的结构不意图；
[0036]图2为图1的C-C向剖视图；
[0037]图3为图1的D-D向剖视图；
[0038]图4为气门控制飞轮的结构示意图；
[0039]图5为气门控制时序图；
[0040]图6为气门控制飞轮上的凸起的布局图。
[0041]附图标记:
[0042]1-机体;2-活塞气缸组件;3-主轴;4-气门控制装置;5-气门调节装置;6_行星齿轮系；21-气门组件;41-气门控制飞轮;42-飞轮安装座;51-气门调节驱动电机;52-飞轮安装座调节齿轮;211-进气门；212-排气门；213-弹簧;411-凸起。
【具体实施方式】
[0043]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0044]请参照图1至图4;
[0045]本发明提供的气门控制调节机构，包括:
[0046]活塞气缸组件2，阵列分布在发动机的主轴3的圆周方向上，包括气缸、活塞、气门组件21等。
[0047]气门控制装置4，与主轴3连接，所述气门控制装置4包括通过转动副连接的气门控制飞轮41和飞轮安装座42;
[0048]位于气门控制飞轮41上端面圆周方向设置有多个用于调节活塞气缸组件中的气门组件21开闭的凸起411;
[0049]主轴3通过行星齿轮系6驱动气门控制飞轮41同步旋转，通过凸起411实现对气门组件21开闭控制，以使各活塞气缸组件间隔渐次推进工作。
[0050]具体的:
[0051 ]气门控制飞轮41为筒形，气门控制飞轮41的内圈设有齿轮，该齿轮与主轴3之间连接有行星齿轮系6，与主轴3按比例同向旋转，多个凸起411间隔设置在气门控制飞轮41的上端面，且凸起411与各个活塞气缸组件2中的气门组件21的位置配合设置，形成两圈环形控制轨道，以控制气门组件的开闭，保证各气缸相隔渐次推进工作，使各气缸工作时间在主轴3旋转周期中均匀分布，确保发动机动力平稳输出。
[0052]气门控制飞轮安装座42为圆筒式结构，圆筒内壁设置螺纹，用于通过螺旋副连接气门控制飞轮41，圆筒外周设置螺纹，圆筒底部圆周上均匀设置多条轴，多条轴与机匣通过移动副连接。气门控制飞轮安装座42的作用是在保证气门控制飞轮正常转动条件下，可以携带气门控制飞轮41进行升降。
[0053]优选地，气门组件21包括进气门211、排气门212和弹簧213，进气门211和排气门212与机匣之间分别安装弹簧213，用于保持进气门211和排气门212在非控制状态下处于常闭状态。
[0054]本发明的气门控制飞轮41的上端面上的凸起411，等同于传统的气门控制凸轮轴的凸轮曲面，以驱动气门组件21的开闭。
[0055]对于多缸发动机，各气缸工作周期需要在主轴3转动相位上均匀分布，以使发动机输出更加平稳。由于活塞气缸组合的热工循环有四个冲程，主轴3每旋转一周每组活塞气缸有且只能完成两个冲程，因此主轴3必须转动两周，各工作气缸才能完成一次热工循环，为了实现工作气缸在主轴3两周转动中均匀工作，气缸工作必须相隔渐次推进。因此气缸个数优选为奇数，且相隔一个渐次做功。
[0056]气门组件21的控制必须与气缸工作周期匹配，具体请参照图5:工作情况为:以气缸I排气门212开启时机为起点，则主轴3旋转b角度后，气缸2排气门开启；主轴3再转动b角度后气缸3排气门开启，依次类推，主轴3旋转180度后气缸I排气门关闭、进气门开启，主轴3旋转b+180度后气缸2排气门212关闭、进气门开启，主轴3旋转360度后气缸I进排气门均关闭，气缸I进入压缩、做功冲程，主轴3旋转b+360度后气缸2进、排气门均关闭，气缸2进入压缩、做功冲程。依次类推，主轴3旋转720度后气缸I排气门开启，完成一个热工循环，后面气缸依次类推。
[0057]参照几何关系:a = 360度/汽缸数、b = 720度/气缸数、c = 360度+360度/气缸数。根据气门开闭控制需求，气门控制飞轮41每旋转a角度，则主轴3应旋转c角度，即:360度+360度/气缸数=360度/气缸数X传动比，因此主轴3与气门控制飞轮41的传动比=气缸数+1。
[0058]凸起411应分别集成的凸起数=(气缸数+1)/2,每个进、排气轨道的凸起411所占角度=180度/(气缸数+1)，以第一道凸起411为起点，则后一道凸起411与前一道凸起411相距角度= 720度/(气缸数+1)。
[0059]以7个气缸为例，如图6:根据上述算法则每个凸起411占22.5度，进、排气门212分别设置在两条控制轨道上，每90度设置一组进排气凸起411，主轴3旋转720度，气门控制飞轮旋转90度。
[0060]本发明在工作过程中，当活塞行程减小，活塞速度较小，进排气速度较低，上止点会比较靠近气缸顶部，为了不与气门冲突，气门升程需要比较小，并提前关闭排气门212。[0061 ]当活塞行程增大后，活塞速度较快，进排气速度较大，上止点远离气缸顶部，为了提高进排气效率，需要比较大的气门升程，并推迟进气门211关闭。
[0062]本发明还设计一套气门调节装置5，使气门升程及开闭时机与活塞行程相匹配。
[0063]请再次参照图1和图3，本专利中的气门调节装置5，其优选通过螺旋副调节气门控制装置4升降，以调节气门组件21的升程和开闭时机。
[0064]具体的，该气门调节装置5包括气门调节驱动电机51和飞轮安装座调节齿轮52;气门调节驱动电机51驱动飞轮安装座调节齿轮52旋转，飞轮安装座调节齿轮52通过螺旋副调节飞轮安装座42的升降。
[0065]优选地，飞轮安装座调节齿轮52为圆筒状设计，其内壁设置螺纹，外壁设置齿轮。其内壁与飞轮安装座42通过螺旋副连接，飞轮安装座调节齿轮52的外部齿轮与气门调节驱动电机51的齿轮啮合，整个齿轮与机体I通过转动副连接。作用是承受飞轮安装座42的各向载荷，并将气门调节驱动电机51转动转换为飞轮安装座42的升降。
[0066]优选地，气门调节驱动电机51采用伺服电机，其通过齿轮与飞轮安装座调节齿轮52啮合，作用是根据控制指令调节气门升程和开闭时机。
[0067]本领域技术人员应当理解，上述对气门调节机构的结构只是作为本实施的一个优选实施方式，在相同或相似原理作用下，本实施例的气门调节机构对气门安装座的升降功能，还可以用液压伺服作动器来实现，其结构相对简单。
[0068]采用本专利提供的气门控制调节机构，与现有技术对比的优势有:
[0069]1、利用内齿式进气门控制飞轮，实现对气门组件开闭的同轴控制。
[0070]2、将所有控制凸起集成在相邻的两道凸轨上，在整个空间布局中更为紧凑。
[0071]3、由于气门控制机构的同轴设计，使气门升程和开闭时机的调节更为便利，只需根据发动机工作状态同步调节气门控制飞轮的升降就可以根据发动机工作状态实时调节气门升程和开闭时机，提升进排气效率。
[0072]4、通过合理的凸起布局，配合主轴及气缸活塞位置，实现所有气缸做功冲程在主轴旋转周期中均匀分布。
[0073]本发明还提供了一种上述气门控制调节机构的调节方法，包括如下步骤:
[0074]步骤a，对于同一气缸，所述排气门开启后，所述主轴旋转180度时，所述气门控制装置驱动所述进气门开启，同时所述气门控制装置驱动所述排气门关闭；
[0075]步骤b，所述主轴再次旋转180度时，所述气门控制装置驱动所述进气门关闭，所述排气门保持关闭状态；
[0076]步骤c，所述主轴再次旋转360度时，所述气门控制装置驱动所述排气门开启，进入下一个循环；以使主轴每转动720度/气缸总数的角度后，气门组件相隔一个渐次工作。
[0077]所述主轴与所述气门控制飞轮的传动比=气缸总数+1;
[0078]每条控制轨道上凸起的数量=(气缸总数+1)/2，每个所述凸起所占的角度=180度/(气缸数+1)，以第一个凸起为起点，则后一个凸起与前一个凸起相距角度= 720度/(气缸数+1)。
[0079]这里需要解释的是，本专利中凸起所占的角度指的是凸起两端分别与环形的控制轨道的圆心形成的夹角。
[0080]气门调节驱动电机51驱动气门控制飞轮41下沉时，气门升程减小，排气门212推迟开启并提前关闭，进气门211推迟开启，准时关闭；可以适当截留燃气增加下次循环的空燃比，防止活塞上止点附近与气门位置冲突。
[0081]活塞行程增加，发动机工作容积增大，气门控制飞轮41在气门调节驱动电机51驱动下上升，气门升程增大，排气门212准时开启准时关闭，进气门211准时开启推迟关闭；可以适当增大进排气通道增加进排气面积和延迟进气时间，使进排气效率更高。
[0082]此外，本发明还提供了一种发动机，该发动机包括机体、主轴以及如上述的气门控制调节机构。
[0083]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种气门控制调节机构，其特征在于，包括: 活塞气缸组件，阵列分布在主轴的圆周方向上； 气门控制装置，与所述主轴连接，所述气门控制装置包括通过转动副连接的气门控制飞轮和飞轮安装座； 位于所述气门控制飞轮的上端面圆周方向设置有多个凸起，所述凸起与活塞气缸组件中的气门组件抵接； 所述主轴驱动所述气门控制飞轮旋转，通过凸起实现对气门组件开闭控制。2.根据权利要求1所述的气门控制调节机构，其特征在于:所述主轴通过行星齿轮系驱动所述气门控制飞轮旋转。3.根据权利要求1所述的气门控制调节机构，其特征在于:所述气门组件包括进气门、排气门和弹簧，所述进气门和排气门与机匣之间分别安装所述弹簧，用于保持进气门和排气门在非控制状态下处于常闭状态。4.根据权利要求1所述的气门控制调节机构，其特征在于:多个所述凸起间隔设置在所述气门控制飞轮的上端面，所述凸起与各个活塞气缸组件中的气门组件的位置配合设置，形成两圈环形控制轨道，以控制气门组件的开闭。5.根据权利要求1所述的气门控制调节机构，其特征在于:所述飞轮安装座为筒形，其内壁与气门控制飞轮通过螺旋副连接，所述飞轮安装座的外壁设置螺纹。6.根据权利要求1所述的气门控制调节机构，其特征在于:还包括气门调节装置，其与气门控制装置连接，所述气门调节装置用于调节气门控制装置升降，以调节气门组件的升程和开闭时机。7.根据权利要求6所述的气门控制调节机构，其特征在于:所述气门调节装置包括气门调节驱动电机和飞轮安装座调节齿轮； 所述气门调节驱动电机驱动飞轮安装座调节齿轮旋转，所述飞轮安装座调节齿轮通过螺旋副与飞轮安装座外壁的螺纹连接，以调节飞轮安装座的升降。8.根据权利要求1-8任一项所述的气门控制调节机构的调节方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤a，对于同一气缸，所述排气门开启后，所述主轴旋转180度时，所述气门控制装置驱动所述进气门开启，同时所述气门控制装置驱动所述排气门关闭； 步骤b，所述主轴再次旋转180度时，所述气门控制装置驱动所述进气门关闭，所述排气门保持关闭状态； 步骤c，所述主轴再次旋转360度时，所述气门控制装置驱动所述排气门开启，进入下一个循环；以使主轴每转动720度/气缸总数的角度后，气门组件相隔一个渐次工作。9.根据权利要求8所述的气门控制调节机构的调节方法，其特征在于，所述主轴与所述气门控制飞轮的传动比=气缸总数+1; 每条控制轨道上凸起的数量=(气缸总数+1)/2，每个所述凸起所占的角度=180度/(气缸数+1)，以第一个凸起为起点，则后一个凸起与前一个凸起相距角度= 720度/(气缸数+I)。10.—种发动机，其特征在于，包括机体、主轴以及如权利要求1-7任一项所述的气门控制调节机构。
【文档编号】F01L13/00GK106014525SQ201610601545
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月27日
【发明人】柳平
【申请人】柳平